คอนเดนเสท Bose-Einstein (BEC) เป็นหนึ่งในห้าหลักรัฐของสสาร- ในนั้นอะตอมถึงพลังงานต่ำเช่นกฎของกลศาสตร์ควอนตัมบอกว่าพวกเขาหยุดทำหน้าที่เป็นอะตอมของแต่ละบุคคลและทำตัวเหมือน "Super Atom" เดียว
คอนเดนเสท Bose-Einstein จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อวัสดุถูกทำให้เย็นลงภายในเส้นผมของZero สัมบูรณ์- ที่อุณหภูมินั้นอะตอมแทบจะไม่เคลื่อนไหวเมื่อเทียบกับกันและกัน พวกเขาแทบไม่มีพลังงานฟรีที่จะทำเช่นนั้น จากนั้นอะตอมจะเริ่มรวมกันเป็นก้อนและเข้าสู่สถานะพลังงานเดียวกัน พวกเขากลายเป็นเหมือนกันจากมุมมองทางกายภาพและทั้งกลุ่มเริ่มทำตัวราวกับว่ามันเป็นอะตอมเดียว
ก๊าซ-ของเหลว-ของแข็งและพลาสม่าได้รับการศึกษามานานหลายทศวรรษถ้าไม่ใช่ศตวรรษ แต่คอนเดนเสท Bose-Einstein ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการจนถึงปี 1990 ในการสร้างคอนเดนเสท Bose-Einstein คุณจะเริ่มต้นด้วยเมฆก๊าซกระจาย การทดลองจำนวนมากเริ่มต้นด้วยอะตอมของรูบิเดียม- จากนั้นคุณก็เย็นด้วยเลเซอร์โดยใช้คานเพื่อนำพลังงานออกจากอะตอม หลังจากนั้นเพื่อทำให้พวกเขาเย็นลงนักวิทยาศาสตร์ใช้การระบายความร้อนแบบระเหย
ที่เกี่ยวข้อง:ภายในภารกิจ 20 ปีเพื่อคลี่คลายอาณาจักรที่แปลกประหลาดของ 'ควอนตัมซูเปอร์เคมี'
"ด้วย [Bose-Einstein Condensate] คุณเริ่มต้นจากสภาวะที่ไม่เป็นระเบียบซึ่งพลังงานจลน์นั้นยิ่งใหญ่กว่าพลังงานที่มีศักยภาพ" Xuedong Hu ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยบัฟฟาโลกล่าวกับ Live Science "คุณทำให้มันเย็นลง แต่มันไม่ได้ก่อให้เกิดตาข่ายเหมือนแข็ง"
แต่อะตอมจะตกอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันและไม่สามารถแยกแยะได้จากกัน ณ จุดนั้นอะตอมเริ่มเชื่อฟังสิ่งที่เรียกว่าสถิติ Bose-Einstein ซึ่งมักจะใช้กับอนุภาคที่คุณไม่สามารถบอกได้เช่นโฟตอนหรือแพ็คเก็ตแสง
ทฤษฎีและการค้นพบ
คอนเดนเสท Bose-Einstein ได้รับการคาดการณ์เป็นครั้งแรกในทางทฤษฎีในปี ค.ศ. 1920 โดย Satyendra Nath Bose (1894-1974) นักฟิสิกส์ชาวอินเดียที่ค้นพบอนุภาค subatomic ที่ตั้งชื่อให้เขา Boson โบสกำลังทำงานเกี่ยวกับปัญหาทางสถิติในกลศาสตร์ควอนตัมและส่งความคิดของเขาซึ่งเกี่ยวข้องกับโฟตอนอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ตามสังคมกายภาพอเมริกัน-
ไอน์สไตน์คิดว่าพวกเขาสำคัญพอที่จะเผยแพร่ ที่สำคัญ Einstein เห็นว่าคณิตศาสตร์ของ Bose ซึ่งต่อมาเรียกว่าสถิติ Bose-Einstein-สามารถนำไปใช้กับอะตอมและแสงได้ ทั้งสองได้ตีพิมพ์ชุดเอกสารที่วางรายละเอียดของสสารแปลก ๆ ในปี 1924 ตาม APS
สิ่งที่ทั้งสองพบคือโดยปกติแล้วอะตอมจะต้องมีพลังงานบางอย่าง - ในความเป็นจริงหนึ่งในพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมคือพลังงานของอะตอมหรืออนุภาคย่อยอื่น ๆ ไม่สามารถทำได้โดยพลการ นี่คือเหตุผลที่อิเล็กตรอนมีความไม่ต่อเนื่อง "วงโคจร" ที่พวกเขาต้องครอบครองและทำไมพวกเขาถึงให้โฟตอนที่มีความยาวคลื่นเฉพาะเมื่อพวกเขาลดลงจากระดับวงโคจรหรือระดับพลังงาน แต่อะตอมเย็นลงภายในพันล้านในระดับของศูนย์สัมบูรณ์และอะตอมบางตัวเริ่มตกอยู่ในระดับพลังงานเดียวกันกลายเป็นแยกไม่ออก นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมอะตอมในคอนเดนเสท Bose-Einstein จึงมีพฤติกรรมเหมือน "Super Atoms" เมื่อมีใครพยายามวัดว่าพวกเขาอยู่ที่ไหนแทนที่จะเห็นอะตอมที่ไม่ต่อเนื่องเราจะเห็นลูกบอลฟัซซี่มากกว่า
รัฐอื่น ๆ ของสสารทั้งหมดเป็นไปตามหลักการยกเว้น Pauli ที่ได้รับการตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ Wolfgang Pauli Pauli (1900-1958) เป็นนักฟิสิกส์ชาวสวิสที่เกิดในออสเตรียและนักฟิสิกส์ทฤษฎีอเมริกันและเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกฟิสิกส์ควอนตัม หลักการของเขาบอกว่า fermions - อนุภาคเช่นควาร์กและ leptons ที่ประกอบขึ้นเป็นสสาร - ไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเหมือนกัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมเมื่ออิเล็กตรอนสองตัวอยู่ในวงโคจรเดียวกันสปินของพวกเขาจะต้องตรงกันข้ามดังนั้นพวกมันจึงเพิ่มขึ้นเป็นศูนย์ ในทางกลับกันเป็นเหตุผลหนึ่งว่าทำไมเคมีจึงทำงานอย่างที่มันทำและทำไมอะตอมไม่สามารถครอบครองพื้นที่เดียวกันในเวลาเดียวกัน Bose-Einstein Condensates ทำลายกฎนั้น
แม้ว่างานของ Bose และ Einstein จะทำนายสถานะของสสารดังกล่าว แต่ก็ไม่ได้จนกว่าปี 1995 ทีมที่นำโดย Eric A. Cornell และ Carl E. Wieman ทั้งสองสถาบัน Astrophysics Lab (Jila) ใน Boulder รัฐโคโลราโดจัดการเพื่อทำอะตอมรูบิเดียมหนึ่งอะตอมและ Wolfgang Ketterle และเพื่อนร่วมงานของ MITทำหนึ่งในอะตอมโซเดียมว่าเรามีการยืนยันการทดลองเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของพวกเขา ทั้งสามคนแชร์ปี 2544รางวัลโนเบลในฟิสิกส์สำหรับงานนี้
ในเดือนกรกฎาคม 2018 การทดลองบนเรือสถานีอวกาศนานาชาติระบายความร้อนด้วยเมฆของอะตอมรูบิเดียมถึงสิบล้านระดับสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ผลิตคอนเดนเสท Bose-Einstein ในอวกาศ- พวกเขาแสดงให้เห็นถึงการสาธิตของกBEC บนสถานีอวกาศนานาชาติในปี 2020 ตอนนี้การทดลองยังถือบันทึกสำหรับวัตถุที่เย็นที่สุดที่เรารู้จักในอวกาศแม้ว่ามันจะยังไม่ได้เป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้นที่น่าเบื่อที่สุดที่เคยสร้างมา
และในปี 2023 นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยชิคาโกได้สร้าง BEC ตัวแรกซึ่งแสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์แปลก ๆ ที่เรียกว่าควอนตัม superchemistry- ในปรากฏการณ์ควอนตัมแปลก ๆ อะตอมแต่ละตัวใน BEC ตอบสนองทางเคมีทั้งหมดในครั้งเดียว ในการทดลองนักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่ามีหลายพันคนซีเซียมอะตอมผูกมัดทั้งหมดในครั้งเดียวเพื่อสร้างโมเลกุลของซีเซียมจากนั้นเปลี่ยนกลับเป็นอะตอมซีเซียมใกล้ ๆ
